高分子聚合物、复合材料中材料流变性能与光谱信息的关联数据检测方案(流变仪)

mbined Methods 赛默飞世尔科技服务世界科技领先 Rheometry iscometry Torque Combined Met ompounding Lab Extrusion 赛默飞分子光谱与流变联用表征聚合物方案 一红外或拉曼光谱仪与流变仪联用技术 分子光谱和流变在聚合物领域的应用 分子光谱在聚合物各个研究和生产环节的分析方法及价值： 聚合物分析 傅里叶变换红外光谱技术 拉曼光谱技术 成分鉴别 透射、反射(ATR、镜面反射) 快速鉴别化学结构 异物分析 显微红外方法 共聚焦拉曼或拉曼成像 颗粒物分析 漫反射(积分球) 共聚焦拉曼与拉曼成像 配方研究 红外+热重联用技术 拉曼成像或动态可调点采样拉曼 填料和无机颜料 ATR或者显微红外方法 共聚焦拉曼或拉曼成像 结晶和形态 快速分析化学结构变化和相变过程 多层膜 显微红外 共聚焦拉曼或拉曼成像 缺陷分析/包裹体 显微红外 共聚焦拉曼或拉曼成像 旋转流变技术在聚合物研究和生产环节的分析方法及价值： 流变学在聚合物研究和生产中主要表征以下物理性质：粘性·结晶/无定形 弹性 ·转变温度 ·分子量及分布 ·加工参数 ·使用性能 ·固化/硬化 ·降解/分解 在生产工艺过程中，流变的表征应用在： ·控制聚合过程：反应度，粘度和交点 ·确定储存稳定性：粘度 ·跟踪反应： 固化，凝胶，交联，降解 流变与红外或拉曼联用技术的表征方案 流变与红外或拉曼联用技术的独到优势： ·流变学数据与化学红外光谱或拉曼光谱信息直接关联 ·可以在线检测外力作用下样品形变数据以及形变过程分子结构、构象、取向的光谱信息。 可以同时获得聚合物粘弹性特征与分子结构，构象，取向等与时间关联的光谱信息 ·联用表征技术可大大缩减测试时间，特别是监测长时间的反应过程 联用技术可以使每个流变数据点都关联一张红外或者拉曼光谱 红外流变联用模块 Rheonaut 红外流变联用模块 Rheonaut 的工作原理 ·Thermo HAAKE MARS 流变仪 ·兼容多种标准的红外光谱仪(右侧光路接口连机控制) ·Rheonaut 模块温控范围： -帕尔贴：0-120℃ -电加热：室温-400℃ ·Rheonaut 模块可以沿流变仪轴径向移动，以适应不同直径的测量单元(最大可达40mm) ·DTGS 或 MCT红外检测器 衰减全反射测样装置 全集成控制软件 流变仪 RheoWin 软件与红外光谱仪 Omnic 软件 -流变仪与红外光谱仪同步启动，可在软件界面中实现一键式启动操作 ·流变数据评估与红外光谱数据相结合 聚氨酯硬质泡沫是以异氰酸酯和聚醚为主要原料，在发泡剂、催化剂、阻燃剂等多种助剂的作用下，通过专用设备混合，经高压喷涂现场发泡而成的高分子聚合物。 聚氨酯的主要官能团及红外谱图如下： 2926-2854 cm CH， CHs 伸缩 2260 cm N=C=O 伸缩 1725cm C=O 氨酯伸缩 1660 cm C=O 氨酯伸缩 1660 cm C=O 伸缩 1523-1510cm HN-C=O(氨基I) 复合伸缩和变形 30002500 3500 8 eo 聚氨酯泡沫固化过程的红外光谱图。随着固化过程时间变化， NCO 基团吸收强度减弱， HNCO 基团的吸收强度加大，而碳氧双键基团保持稳定 聚氨酯泡沫一振荡剪切与红外联用实验结果 ·将得到的红外吸收图谱和流变性能关联起来，就可 明显地看到流变行为和化学结构变化的紧密对应 关系 ·储能模量随氨基的增加而增大 ·损耗模量也随着气泡量的增加而增大 ·游离态氨酯含量保持不变时反应速度很快 丙烯酸酯胶粘剂，用聚丙烯酸酯为单组分或主要组分的胶粘剂，被广泛的应用到了各种材料的粘连，比如钢、铁、铝、钛、不锈钢、塑料、玻璃、陶瓷等，适用于汽车、摩托车、机电工程、化工管道、工艺品、家用电器制造、安装修复等。 改性丙烯酸单体的交联固化过程的红外光谱图 丙烯酸酯从单体到聚合体的分子式变化如左图所示。丙烯酸酯在聚合交联固化过程中， C=C双键(蓝色标注)会随着固化过程的进行而转变为 C-C 键， 而C=O 双键会随着交联过程而增加。 11636 cm：碳=碳双键吸光度的降低证实了固化反应的不断进行 1239 cm°：碳-氧键吸光度的增加则说明丙烯酸酯结构不断形成 丙烯酸酯胶胶黏剂固化过程一流变与红外联用实验结果 ·当储能模量达到峰值时，红外数据和损耗模量一直在变化 流变与拉曼联用的解决方案 拉曼光谱仪与流变仪联用示意图 不同区域结晶度差异可由拉曼谱图标示并对比 2015年12月美国国家标准与技术研究院 (NIST) 首次组装流变与拉曼联用成功 化妆品乳剂通常含有20多种不同的化学成分，其中最主要的成分为水。水峰对于拉曼光谱的干扰较小，所以在对化妆品进行分析的分子光谱技术中，拉曼光谱比红外光谱更适合。 聚甘油脂肪酸酯是由聚甘油与脂肪酸聚合形成，是一类新型、高效、性能优良多羟基酯类非离子型表面活性剂，被广泛的用于食品、日化、石油、纺织、涂料、塑料、农药、橡胶、医药等领域。 该研究项目中的护手霜配方所使用的乳化剂就是聚甘油脂肪酸酯。 护手霜需要有一定的粘弹性和附着力，这样才能较长时间在双手皮肤上附着，从而起到保护皮肤的作用。而护手霜中的乳化剂等聚合物会随着温度的变化从结晶状态变化成非结晶状态，这个变化的温度形成了护手霜的存储及运输的温度指标。利用拉曼和流变联用技术来原位表征该配方的护手霜在程序设计的温度变化中的粘弹性指标变化过程，并用原位拉曼光谱来帮助剖析这一物理变化过程背后的化学分子结构及晶相的变化机理。 两个标注出来的谱峰区域代表商品化护手乳液中聚硬脂酸酯的结晶振动。 整个谱图表征了聚合物乳液随着温度的变化从结晶状态到非结晶状态的转变。 原位拉曼光谱数据是对粘弹性数据的补充，通过这些数据可以了解聚合物材料的化学行为。 Raman Shift (cm) 通过原位拉曼和流变联用测试，可以把将弹性数据和拉曼谱图原位结合来表征护手霜的性能。 实验数据表明当温度接近50℃时，样品结构从结晶相变为非晶相，可以像液体一样流动，护手霜的粘附性就会受到影响。如果在更高温度下储存或运输，此护手乳液将无法使用。而非聚合物组分(例如水分等)不受聚合物转变的影响。 Temperature (C°) 流变与拉曼光谱联合表征应用实例一聚乙烯温度诱导相变研究 聚乙烯是结晶热塑性树脂。它们的化学结构、分子量、聚合度和其他性能很大程度上均依赖于使用的聚合方法。聚合方法决定了支链的类型和支链度。结晶度取决于分子链的规整程度与其所经历的热历史。 结晶度会影响到聚乙烯的力学性能，光学性能，耐溶剂性能及渗透性能等，所以通过流变与拉曼联合表征可以帮助分析不同条件聚合产出的聚乙烯的粘弹性随剪切和温度的变化，并通过拉曼来帮助分析这些物理变化背后的化学结构及相态的变化。 该联合表征应用可以广泛的应用到聚合物/复合材料/反应性共混物/压敏或光敏聚合物随温度和剪切诱导结晶的过程分析，以及在制药行业中的原料药与药用聚合物辅料热熔挤出(HME)中/后的相态学和化学反应。 1400- 1200- 1000- 从 800- 000- 400 儿_ tm 1500 sec 200- 200 400 600 000 1000 1200 1400 1600 Raman Shift (cm-1) Nicolet 傅里叶红外光谱仪介绍 iS5 傅里叶变换红外光谱仪 稳定可靠，性能优异，是常规物质鉴别、产品质量检测和材料分析的理想工具；仪器坚固和可便携的设计，确保可以在移动环境或者现场使用。 iS10 傅里叶变换红外光谱仪 具有更高的光谱分辨率、每秒40次快速扫描以及强大的兼容扩展性能，包括与热重、流变和显微红外等联用技术，能为逆向工程研究、原位检测等多领域应用提供有力的分析手段。 iS50 傅里叶变换红外光谱仪 提供了高分辨率红外光谱仪前所未有的强大功能，包括一体化傅里叶显微拉曼、近红外积分球和光纤检测系统，内置滤波和偏振检测装置，双通道和高精度步进扫描等检测功能，可见至远红外全光谱范围的全自动控制，以及与气相、热重、流变、凝胶色谱和显微红外等联机的独到优异性能。 iN10 一体式显微红外光谱仪 直观、创新、集成的一体化傅里叶变换显微红外光谱仪，以操作维护简便、性能卓越、光谱质量高的特点，重新界定了显微红外光谱仪的易用性，成为异物和多层膜等显微检测分析的理想工具，是全球最畅销的显微红外光谱仪。 DXR2系列拉曼光谱仪介绍 Smart DXR 智能拉曼光谱仪 物质分子化学结构，晶相结构和相态过程常规拉曼分析的理想工具。 DXR2 Micro 显微拉曼光谱仪 系统稳定可靠，坚实耐用，结果准确可靠，操作简单直观易学易用，不仅为科学研究，更为解决实际应用问题而设计，是样品微区，以及物质晶相结构、配位结构和相态等拉曼分析的理想工具。 DXR2xi 显微拉曼成像光谱仪 具有600张谱图/每秒的快速成像的优异性能，大力提高了研究实验室对物质分子结构及相态进行分析的效率，为原位和非原位的聚合物相变结晶过程分析提供领先的拉曼检测技术，也是物质的空间分布测量及3D成像表征更为快速有效的解决方案。 全新模块化流变仪工作站 HAAKE MARS 新一代 HAAKE MARS 模块化流变仪工作站全新上线，开启了MARS新篇章。HAAKE MARS 流变仪是当今市场是模块化程度最高的流变仪，全面满足所有研发工作中对流变测试的要求。以长远的眼光来设计，独有的双柱设计，实现了流变仪最大的扩展性。第四代专利的低惯量扩散空气轴承，更低的扭矩，更高的的速，可实现纳牛米级的低扭矩及更高剪切速率条件下的测量； “快速连接助手”技术，使得更换配件更加快捷便利，并且实现温控模块和测量转子的自动识别，减少误差，自动对中，极大提高工作效率。还可以集成最新的流变-红外联用测试单元，.[可视显微流变，熔体拉伸流变，高温高压单元和更多的功能附件，全面覆盖聚合物、油墨涂料、食品化妆品、药品，石油化工和建筑材料等领域，为用户提供最全面的应用解决方案。 关于赛默飞世尔科技 赛默飞世尔科技(纽约证交所代码： TMO)是科学服务领域的世界领导者。公司年销售额170亿美元，在50个国家拥有员工约 50，000人。我们的使命是帮助客户使世界更健康、更清洁、更安全。我们的产品和服务帮助客户加速生命科学领域泊研究、解决在分析领域所遇到的复杂问题与挑战，促进医疗诊断发展、提高实验室生产力。借助于 ThermoScientific、LLife Technologies、、Fisher Scientific 和 UnityTM LabServices 四个首要品牌，我们将创新技术、便捷采购方案和实验室运云管理的整体解决方案相结合，为客户、股东和员工创造价值。欲了解更多信息，请浏览公司网站：www.thermofisher.com 赛默飞世尔科技(中国) 赛默飞世尔科技进入中国国超过30年，在中国的总部设于上海，并在北京、广州、香港、台湾、成都、沈阳、西安、南京、武汉等地设立了分公司，员工人数超过3800名。为了满足中国市场的需求，现有8家工厂分别在上海、北京和苏州运营。我们在北京和上海共设立了6个应用开发中心，将世界级的前沿技术和产品带给国内客户，并提供应用开发与培训等多项服务；位于上海的中国创新中心结合国内市场的需求和国外先进技术，研发适合中国的技术和产品；我们拥有遍布全国的维修服务网点和特别成立的中国技术培训团队，在全国有超过2000名工程师提供售后服务。我们致力于帮助客户使世界更健康、更清洁、更安全。欲了解更多信息，请登录 www.thermofisher.cn 赛默飞世尔科技(中国)有限公司 全国服务热线：8008105118，4006505118(支持手机用户) 公司邮箱： sales.cad@thermofisher.com ThermoFisher 流变学数据与化学红外光谱或拉曼光谱信息直接关联；可在线检测外力作用下样品形变数据以及形变过程分子结构、构象、取向的光谱信息；可同时获得聚合物粘弹性特征与分子结构，构象，取向等与时间关联的光谱信息，可大大缩减测试时间，特别是监测长时间的反应过程。